CS259949B1

CS259949B1 - Vacuum apparatus for molecular beam epitaxy

Info

Publication number: CS259949B1
Application number: CS873067A
Authority: CS
Inventors: Josef Sulek; Radko Seidl
Original assignee: Josef Sulek; Radko Seidl
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1987-04-30
Publication date: 1988-11-15
Also published as: CS306787A1

Abstract

Očelem řešení je zlepšení kvality vytvářených vrstev při epitaxi z molekulárních svazků (MBE). Vakuová aparatura sestává z růstové komory se substrátem, ke které je připojena vývěva a která je uzavřena přírubou nesoucí efusní cely s elektrickými topnými elementy. Každá efusní cela je tvořena dvojicí do sebe zasunutých trubic, z nichž vnitřní trubice je zaslepena uvnitř tělesa efusní cely a otevřeným koncem, přivráceným k substrátu, je vakuotěsně spojena s vnější trubicí. Vnější trubice je vakuotěsně spojena s přírubou. V prstencovém prostoru mezi oběma trubicemi jsou uloženy topné elementy a mezi nimi a vnější trubicí je uspořádán tepelně odrazný plášt. Topné elementy jsou odděleny od evakuovaného prostoru obklopujícího vypařovanou chemickou látku nalézající se v kelímku zasunutém do vnitřní trubice. Proto nečistoty uvolňující se za provozu z topných elementů nemohou ovlivňovat kvalitu vakua a tím i vytvářených vrstev na substrátu.The purpose of the solution is to improve the quality of the layers formed during molecular beam epitaxy (MBE). The vacuum apparatus consists of a growth chamber with a substrate, to which a vacuum pump is connected and which is closed by a flange carrying effusion cells with electric heating elements. Each effusion cell consists of a pair of tubes inserted into each other, of which the inner tube is blinded inside the effusion cell body and is vacuum-tightly connected to the outer tube with its open end facing the substrate. The outer tube is vacuum-tightly connected to the flange. Heating elements are placed in the annular space between the two tubes and a heat-reflecting jacket is arranged between them and the outer tube. The heating elements are separated from the evacuated space surrounding the evaporated chemical substance located in a crucible inserted into the inner tube. Therefore, impurities released from the heating elements during operation cannot affect the quality of the vacuum and thus the layers formed on the substrate.

Description

Vynález se týká vakuové aparatury pro epitaxi z molekulárních svazků (MBE), určené k řízenému vypařování různých chemických látek ve vakuu za účelem jejich ukládání do vrstev na substrátu, používaných pro výrobu elektronických a optoelektronických prvků. Úkolem vynálezu je zlepšeni kvality vytvářených vrstev.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a molecular beam epitaxy (MBE) vacuum apparatus for the controlled evaporation of various chemicals in a vacuum to deposit them on layers on a substrate used to manufacture electronic and optoelectronic elements. The object of the invention is to improve the quality of the layers formed.

Dosud známá technologická zařízení pro epitaxi z molekulárních svazků mají pouze jeden společný prostor vyčerpávaný vývěvou, v němž jsou umístěny spolu se substrátem a výchozími chemickými látkami v efusních celách také topné elementy pro vyhřívání těchto cel. Podle známého konstrukčního provedení se jednotlivé efusní cely, zakončené přírubou s průchodkami el. proudu, zasouvají do trubek s hrdly. Tyto trubky jsou přivařeny k přírubě uzavírající růstovou komoru a cely jsou svými přírubami k hrdlům trubek přišroubovány a přes vložená těsnění vakuově dotěsněny. Topné elementy jednotlivých efusních cel ústí tedy do růstové komory se substrátem. Vrstvy takto získané nejsou zcela kvalitní, neboř obsahují nečistoty, které se uvolňují z topných elementů efusních cel v průběhu technologického procesu.The prior art molecular beam epitaxy process devices have only one common space exhausted by a vacuum pump, in which heating elements for heating the cells are placed together with the substrate and the starting chemicals in the effusions cells. According to the known construction, the individual effusion cells terminated by a flange with el. current, insert into tubes with necks. These tubes are welded to the flange enclosing the growth chamber and the cells are bolted to the tube necks with their flanges and vacuum sealed over the inserted seals. Thus, the heating elements of the individual effusion cells flow into the substrate growth chamber. The layers thus obtained are not of high quality because they contain impurities which are released from the heating elements of the effusive cells during the technological process.

Uvedené nedostatky odstraňuje vakuová aparatura pro epitaxi z molekulárních svazků, zahrnující růstovou komoru se substrátem, napojenou na vývěvu a efusní cely s topnými elementy podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že příruba nesoucí efusní cely s topnými elementy rozděluje aparaturu na dvě části. Jednu část tvoří růstová komora se substrátem napojená na vývěvu a do druhé části napojené na pomocnou vývěvu jsou vyústěny topné elementy efusních cel.These drawbacks are overcome by a vacuum apparatus for epitaxy from molecular beams, comprising a substrate chamber connected to a vacuum pump and a heating element effusion cell according to the invention, characterized in that the flange carrying the heating element effusion cells divides the apparatus into two parts. One part is formed by a growth chamber with a substrate connected to the vacuum pump and to the other part connected to the auxiliary vacuum pump are heating elements of effusive cells.

Efusní cely jsou tvořeny dvojicí do sebe zasunutých trubic, z nichž vnitřní trubice je zaslepena uvnitř tělesa efusní cely, přičemž otevřeným koncem je přivrácena k substrátu a při tomto konci je obvodově vakuotěsně spojena s vnější trubici, která je u protilehlého konce obvodově vakuotěsně upevněna v přírubě. V prstencovém prostoru mezi oběma topnými trubicemi jsou uloženy topné elementy a mezi topnými elementy a vnější trubicí je uspořádán tepelně odrazný plášt. Část vakuové aparatury napojená na pomocnou vývěvu může být tvořena komorovým členem, v jehož stěnách jsou upraveny průchodky pro elektrické přívody k topným elementům, případně pro mechanické ovládání clon efusních cel.The effusion cells consist of a pair of interposed tubes, of which the inner tube is blinded inside the effusion cell body, with the open end facing the substrate and at this end is circumferentially vacuum-tightly connected to the outer tube which is circumferentially vacuum-tightly mounted in the flange . Heating elements are disposed in the annular space between the two heating tubes and a heat reflecting jacket is arranged between the heating elements and the outer tube. The part of the vacuum apparatus connected to the auxiliary vacuum pump can be formed by a chamber member, in the walls of which the bushings are provided for electrical connections to the heating elements or for mechanical control of the effusion cell screens.

Výhoda předmětného řešení spočívá v tom, že topné elementy efusních cel ústi mimo prostor růstové komory, takže nemohou negativně působit na kvalitu vakua v růstové komoře. Tím je zajištěno dosažení nejvyšší možné čistoty vytvářených vrstev.The advantage of the present solution lies in the fact that the heating elements of the effusive cells exit outside the growth chamber space so that they cannot negatively affect the quality of the vacuum in the growth chamber. This ensures the highest possible cleanliness of the layers produced.

Na výkresech je znázorněno provedení vakuové aparatury podle vynálezu. Na obr. 1 je schéma vakuové aparatury a na obr. 2, 3 a 4 jsou tři různá konstrukční provedení efusní cely v podélném řezu.The drawings show an embodiment of the vacuum apparatus according to the invention. Fig. 1 is a diagram of the vacuum apparatus, and Figs. 2, 3 and 4 show three different designs of the effusion cell in longitudinal section.

Na obr. 1 je znázorněna růstová komora f! se substrátem T_, uzavřená přírubou ke které jsou upevněny efusní cely 10. K růstové komoře J3 je připojena vývěva 9. Otevřené konce všech efusních cel 10 ústi za přírubou 2 do dutiny v komorovém členu ld, která je napojena na pomocnou vývěvu 13. Ve stěnách komorového členu 11 jsou upraveny vakuově těsné průchodky 12 pro elektrické přívody k topným elementům, případně pro mechanické ovládání clon.FIG. 1 shows the growth chamber f1. A vacuum pump 9 is connected to the growth chamber 13. The open ends of all the effusions 10 open beyond the flange 2 into a cavity in the chamber member 1d, which is connected to the auxiliary vacuum pump 13. In the walls In the chamber member 11, vacuum-tight bushings 12 are provided for electrical connections to the heating elements or for the mechanical control of the orifices.

Na obr. 2 sestává efusní cela 10 z vnitřní trubice 2. a vnější trubice 5, která je na konci přivráceném k substrátu stažena na zmenšený průměr tak, že ji lze přímo svařit s vnitřní trubicí 2 a na opačném konci je obvodově přivařena k přírubě 1_. Mezi vnitřní trubicí 2 a vnější trubicí 5> jsou topné elementy _3 obklopené na vnější straně tepelně odrazným pláštěm 2· Topné elementy _3 jsou rozděleny do nezávislých sekcí z důvodu regulace teplotního pole uvnitř efusní cely Π). V prostoru vnitřní trubice 2. je vložen keramický kelímek s vypařovanou látkou. Proud molekul vypařované látky prochází perforovaným uzávěrem v ústí kelímku do růstové komory jl k substrátu ]_.In Fig. 2, the effusion cell 10 consists of an inner tube 2 and an outer tube 5, which at the end facing the substrate is reduced to a reduced diameter so that it can be directly welded to the inner tube 2 and circumferentially welded to the flange 1. . Between the inner tube 2 and the outer tube 5, the heating elements 3 are surrounded on the outside by a thermally reflective jacket 2. The heating elements 3 are divided into independent sections to regulate the temperature field inside the effusion cell Π). A ceramic crucible with a vaporized substance is placed in the space of the inner tube. The stream of vaporized molecules passes through the perforated closure at the mouth of the crucible into the growth chamber 11 to the substrate 11.

Na obr. 3 je vnitřní trubice 2 a vnější trubice efusní cely 10 vytvořena z jednoho kusu.In Fig. 3, the inner tube 2 and the outer tube of the effusion cell 10 are formed in one piece.

Na obr. 4 je vnitřní trubice 2 spojena s vnější trubicí 2 pomocí mezikruží 6.In FIG. 4, the inner tube 2 is connected to the outer tube 2 by means of an annulus 6.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Vacuum apparatus for molecular beam epitaxy comprising a growth chamber with a substrate connected to a vacuum pump and effusive cells with heating elements, characterized in that the flange (1) supporting the effusive cells (10) with the heating elements (3) divides the apparatus into two parts, wherein one part is formed by a growth chamber (8) with a substrate connected to the vacuum pump (9) and into the chamber member (11) connected to the auxiliary vacuum pump (13), heating elements (3) of effusion cells (10) ) is formed by a pair of tubes (2, 5) inserted, of which the inner tube (2) is blinded inside the body of the effusion cell (10), while facing the substrate (7) with its open end and at this end is circumferentially an outer tube (5) which is circumferentially vacuum-tightly mounted at the opposite end in the flange (1), the heating elements (3) being positioned in the annular space between the two tubes (2, 5) and A heat-reflective sheath (4) is arranged by means of the elements (3) and the outer tube (5).

Vacuum apparatus according to claim 1, characterized in that the part connected to the auxiliary pump (13) is formed by a chamber member (11), in whose walls the bushings (12) are provided.